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비휘발성 메모리의 동적 활용을 통한 서버 시스템 성능 및 사용성 향상
http://doi.org/10.5626/JOK.2021.48.10.1077
본 연구는 DIMM 인터페이스 기반의 비휘발성 메모리(PM)를 사용하는 컴퓨팅 시스템에서 PM을 관리하기 위한 메모리 관리 시스템을 개발하는 연구이다. PM은 메인 메모리, 스토리지, 또는 스토리지 캐시 레이어로 사용될 수 있다는 전제에서 연구되어 왔다. 본 연구에서는 이러한 역할을, 각각이 아니라, 동시에 할 수 있도록 하는, PM을 위한 메모리 관리 시스템을 개발한다. 이 관리 시스템을 하이브리드 메모리 관리 시스템(Hybrid Memory Management System, HMMS)이라 부른다. HMMS는 DRAM과 PM이 공존하는 환경을 가정하며 컴퓨팅 시스템 상태와 사용자의 요구 성질을 반영하여 이 세 가지 역할을 동적으로, 적절하게 배분한다. HMMS의 도입을 통해서 다양한 스케일의 컴퓨팅 시스템의 기능적, 성능적인 향상을 목표로 한다.
뉴메모리 기반 시스템에서 세밀한 COW 관리 기법을 통한 효율적 프로세스 체크포인팅 기법
본 연구에서는 뉴메모리 기반 컴퓨팅 시스템의 신뢰성을 높이기 위해 프로세스 단위로 체크포인팅하는 시스템을 설계하고 구현한다. 프로세스 체크포인팅을 위하여 일반적인 프로세스 실행에서 문맥전환이 일어나는 시점마다 결함이 발생하기 이전의 안전한 상태로 되돌아갈 수 있는 롤백 시점을 만든다. 본 연구에서는 롤백 시점의 안전한 프로세스 상태에 대한 새로운 프로세스를 만들며 이를 P-process(Persistent-process)라고 명명한다. P-process를 만드는 주기를 세밀한 간격인 문맥전환 때마다 만들기 때문에 결함이 발생하였을 때 롤백으로 인한 프로세스 실행시간 손실을 작게 만들 수 있다. P-process를 만드는 오버헤드를 줄이기 위하여 프로세스의 메모리 상태에서 변경된 부분만 저장할 수 있도록 COW(Copy-On-Write) 메커니즘을 이용하였다. 문맥전환 때마다 P-process를 생성하였을 때 PARSEC 벤치마크의 11개 워크로드 중 8개의 워크로드에서 5% 내의 실행 시간 오버헤드가 발생하였으며 오버헤드가 많이 발생한 워크로드도 P-process의 생성 주기의 조정으로 오버헤드를 감소시킬 수 있었다.
뉴메모리+DRAM 하이브리드 메모리 시스템에서의 고속부팅 기법 연구
뉴메모리는 차세대 메모리 기술로써 비휘발성과 바이트 단위의 임의 접근성을 가지고 있다. 뉴메모리의 이러한 특성들은 기존의 정형화된 컴퓨터 시스템 구조에 변화를 가져올 것으로 예상된다. 본 연구는 뉴메모리와 DRAM이 공존하는 하이브리드 메인 메모리 구조에서의 고속 부팅 기법을 제안한다. 고속부팅 기법은 본 연구에서 개발한 MMU 변환 테이블을 이용한 쓰기 추적 기술을 이용하였다. 쓰기 추적기술을 이용하여 부팅 이후의 업데이트를 감지할 수 있었고, 부팅 이후의 업데이트를 다른 곳에 저장함으로써 부팅 완료 이미지가 훼손되는 것을 막을 수 있었다. 실제 고속 부팅 시에는 보존된 부팅 완료 이미지를 이용하여 부팅된 상태로 돌아가기 때문에 빠른 부팅이 될 수 있다. 본 연구의 고속 부팅 기법의 성능을 측정하기 위하여 뉴메모리가 장착된 실제 임베디드 실험 보드에서 고속 부팅 시스템을 개발하였으며, 고속 부팅 시간은 0.5초 이내로 빠른 부팅이 가능하였다.
뉴메모리를 이용한 고성능 및 호환성을 위한 I/O 변환 계층 기술
컴퓨팅 시스템이 급속도로 발전함에 따라 빠른 데이터 처리가 요구되고, 이를 위한 고성능 저장 장치 기술이 요구되고 있다. 차세대 메모리인 뉴메모리는 고성능 저장장치에 활용될 수 있는 장점을 가진다. 뉴메모리는 비휘발성을 가지고 있으며, DRAM (Dynamic Random Access Memory)에 가까운 접근 속도를 가지고 있어서, 업계 및 학계로 하여금 새로운 저장장치의 역할을 할 수 있을 것이라는 기대를 받고 있다. 본 연구는 뉴메모리를 저장장치로 활용하기 위한 기술로 NTL (New memory Translation Layer)을 제시한다. NTL은 기존의 디스크 파일시스템을 뉴메모리에서 사용할 수 있게 하여 높은 호환성을 제공하며, 블록 단위가 아닌 바이트 단위로 입출력 데이터를 처리하여 높은 데이터 처리량을 제공한다. 본 논문에서는 NTL의 설계에 대해 서술하며, NTL을 통해 얻는 성능 이점을 보여주기 위한 실험 결과를 제시한다.
차세대 메모리의 접근 특성에 기반한 하이브리드 메인 메모리 시스템
최근 DRAM 기반의 메인 메모리 기술 발전이 한계에 봉착함에 따라 컴퓨터 시스템의 진보에도 어려움이 발생하고 있다. 이를 개선하기 위해 집적도가 높고 비휘발성을 갖는 차세대 메모리 기술이 등장하고 있으나 이들은 쓰기 속도가 느리거나 쓰기 횟수에 제한이 있는 등, 메인 메모리로 사용하기에는 아직 무리가 있다. 본 논문에서는 여러 차세대 메모리 기술들의 장점들을 조합하여 활용하는 하이브리드 메인 메모리 시스템, 즉 HyMN을 제안한다. HyMN은 차세대 메모리 기술을 쓰기적합램과 읽기적합램으로 분류하여 메인 메모리 시스템을 구성함으로써, 내구성이 양호하고, 고용량화가 용이하며, 비휘발성을 활용할 수 있는 시스템을 구현한다. 본 논문에서는 또한, 쓰기적합램이 어느 정도의 크기로 구성되어야 하는지를 보이고 정전 시 손실에 대한 복구비용이 없거나 미미한 HyMN이 일상적으로 프로세스를 실행할 때 실행 시간 성능이 DRAM으로만 구성된 시스템에 비하여 유사함을 검증한다.
